低彈模混凝土防滲墻新技術在村內水庫除險加固工程中的應用

(安溪縣水利局， 福建 安溪 362400)

低彈模混凝土防滲墻新技術在村內水庫除險加固工程中的應用

蘇炳煌

(安溪縣水利局， 福建 安溪 362400)

本文分析了村內水庫滲漏產生的成因,并提出了除險加固措施和施工方法。施工機械采用薄型液壓抓斗成槽機械，防滲墻采用低彈模混凝土。該方法具有施工快、耐久性好、防滲效果好的特點，對中小型水庫除險加固防滲墻施工具有一定的指導意義。

低彈模混凝土防滲墻； 除險加固； 村內水庫

1 工程概況

村內水庫位于晉江西溪支流龍門溪上游，距龍門鎮8.0km，壩址以上集雨面積18.4km2，主河道長7.15km，河道比降13.08‰。加固設計洪水重現期為100年一遇，相應洪水位為528.48m，相應庫容為1045萬m3；校核洪水重現期為1000年一遇，相應洪水位為528.51m，相應庫容為1047萬m3。正常蓄水位為528.48m，相應庫容為1045萬m3；死水位為504.48m，死庫容為58.3萬m3。

村內水庫工程1973年6月動工， 1981年8月工程竣工，是一座以灌溉為主，結合防洪、發電、養殖等綜合利用效益的年調節中型水庫。保護下游約5萬人，灌溉1500hm2。壩后有三級電站，總裝機5100kW。并擔負下游公路的防洪任務。

樞紐工程由大壩、溢洪道、輸水隧洞等建筑物組成。

大壩為黏土心墻堆石壩，壩頂高程530.02m，防浪墻頂高程530.71m。最大壩高42.50m，壩頂長140m，壩頂寬6.02m。黏土心墻頂寬3.0m，頂部與防浪墻基礎相連，心墻上游坡坡比為1∶0.5，下游坡坡比依次為1∶0.5、1∶1.0，變坡點高程為507.56m。迎水坡在高程520.05m、504.48m處分別設寬為1.50m平臺；坡面為干砌塊石，坡比從上至下依次為1∶1.7、1∶1.8和1∶2.0。 背水坡在高程519.94m、510.00m、502.13m處分別設寬為1.30m、1.83m、7.20m平臺；坡面為干砌塊石，坡比從上至下依次為1∶1.58、1∶1.73、1∶1.82和1∶1.93。 在下游坡第三級平臺設二級電站引水渠。

2 工程地質條件及存在問題

2.1 工程地質情況

水庫區內屬剝蝕低山丘陵地貌，地表植被發育，庫周地形坡度在15～50°之間。

庫區出露的地層巖性主要為侏羅系南園組第四段(J3nd)流紋質凝灰熔巖、凝灰巖等，第三段(J3nc)流紋質英安質凝灰熔巖、流紋質凝灰巖等，此外還見少量后期侵入花崗斑巖脈。第四系覆蓋主要為殘坡積砂質黏性土和沖洪積砂卵礫石。

庫區主要發育有兩條規模較大的斷層。F1斷層N85°W，SW∠55°，寬10～15m，充填構造碎裂巖、糜棱巖等，帶內巖體硅化、褐鐵礦化跡象明顯，發育于溢洪道以北約110m處，為壓性斷裂，是該區域北西西向控制性斷裂。F2斷層N10～15°E，NW∠85°，寬5～10m，充填全強風化碎裂巖、斷層泥等，偶見花崗斑巖脈，影響帶內巖石出現蝕變現象，發育于水庫西岸以西200～400m處福山乾村一帶，是該區域北北東向控制性斷裂。

庫區水文地質條件簡單，地下水主要為孔隙水和基巖裂隙水。孔隙水分布于第四系松散堆積物和坡殘積層中，水量受季節性影響較大，基巖裂隙水多分布于基巖裂隙帶中。地下水主要由大氣降水補給，向水庫排泄。

2.2 水庫滲漏基本情況

村內水庫大壩經過多年運行，由于不均勻沉陷造成壩頂防浪墻斷裂和迎水坡表面局部沉陷，大壩滲漏量較大。大壩背水坡右側存在散浸，左岸繞壩滲漏較嚴重。大壩壩面干砌石不平整，部分石塊風化，壩面呈中間凹的弧狀，整體呈輕微沉陷的跡象；壩體填筑土壓實度普遍偏低，壓實度、滲透系數均超過規范允許值，大壩壩身存在滲漏問題，需要進行防滲處理；壩基巖體存在滲漏問題。

3 壩體防滲處理方案的選擇

根據村內水庫大壩的實際情況，對壩基滲漏進行帷幕灌漿處理，對壩體防滲擬定薄型抓斗混凝土防滲墻、高噴防滲板墻、劈裂灌漿等三個方案進行比選。

方案一：薄型抓斗混凝土防滲墻方案。壩體全斷面進行塑性混凝土防滲墻防滲，薄型抓斗主機施工需要的最小作業寬度為8～10m，而村內水庫壩頂寬度僅為6m，防滲設施施工平臺寬度不足。為了方便施工，將壩頂向上、下游各拓寬1.5m，使壩頂總寬度達到9m，以滿足施工要求。拓寬壩頂寬度后進行薄型抓斗塑性混凝土防滲墻施工，混凝土防滲墻厚0.6m，中心線長140m，塑性混凝土滲透系數10-7～10-9cm/s，28天抗壓強度1～5MPa，墻底插入壩基強風化基巖2m。右岸壩肩滲漏問題采用高壓旋噴灌漿和帷幕灌漿進行防滲處理，旋噴樁樁徑0.8m，孔距0.65m，灌漿深10～35m，鉆孔深入壩基巖體0.5m，噴漿壓力不小于20MPa。右壩肩高壓旋噴灌漿范圍由壩0+140.00～0+186.00，長46m，高壓旋噴灌漿與壩體混凝土防滲墻銜接，形成封閉的防滲體系。薄型抓斗混凝土防滲墻與壩基帷幕灌漿的施工次序為：先進行上部壩身的薄型抓斗混凝土防滲墻施工，再進行壩基帷幕灌漿施工。工程總費用664.79萬元。

方案二：高噴防滲板墻方案。壩體進行全斷面灌漿，長140m，在壩頂處進行單管高壓旋噴灌漿構筑垂直防滲墻。旋噴樁單排，孔距0.65m，灌漿深10～43m，鉆孔深入壩基巖體0.5m，噴漿壓力不小于20MPa。左右岸壩肩滲漏問題也采用高壓旋噴灌漿防滲墻進行防滲處理。壩體防滲與壩基防滲的施工次序為：先進行上部壩身的單管旋噴樁施工，再進行壩基帷幕灌漿。工程總費用645.79萬元。

方案三：劈裂灌漿方案。壩體進行全斷面灌漿，長140m，沿壩頂布置雙排孔，排距1.5m，第一排劈裂灌漿孔布置在距壩頂上游面2.2m位置處，河床段樁號壩0+047.0～0+117.0，孔間距為5m；岸坡段樁號壩0+000.00～0+047.0及壩0+117.0～0+140.00，孔間距為3m，灌漿孔深為壩頂至壩底面，灌注材料為黏土漿。灌漿分兩次序施灌，河床段一序孔距10m，二序孔距5m，岸坡段一序孔距6m，二序孔距3m，起劈壓力為0.3～0.6MPa，灌漿壓力為0.05～0.5MPa，灌漿流量50～140L/min。左右岸壩肩滲漏問題采用高壓旋噴灌漿防滲墻進行防滲處理。劈裂灌漿與壩基帷幕灌漿的施工次序為：先進行上部壩身的劈裂灌漿，再進行壩基帷幕灌漿。工程總費用為667.41萬元。

薄型抓斗混凝土防滲墻是使用機械在地基中挖槽過程中使用泥漿護壁，然后通過導管在槽孔泥漿下澆筑混凝土，形成地下防滲結構。高壓旋噴垂直防滲墻為利用鉆機成孔，用高壓泵將預制好的水泥漿加壓，沖擊和切割土體，強制攪拌充填，從而形成一種新的、有一定強度的地下防滲構筑物。劈裂灌漿是運用壩體應力分布規律，用一定的灌漿壓力，將壩體沿壩軸線方向劈裂，灌注合適的泥漿，提高壩體的防滲能力。各方案的優缺點如表1所示。

表1 各防滲方案比較

由以上比較可得，三個方案投資相差不大，但方案一施工方法比較成熟，工程質量可靠，耐久性好，防滲效果可靠。從工程加固、施工質量和防滲效果等方面綜合考慮，方案一是比較合理可行的。

根據水庫的地形、地質條件和大壩漏水情況等綜合考慮，本著技術經濟合理、實施方便的原則，壩基滲漏采用帷幕灌漿的方式進行處理。經比較，選用薄型抓斗混凝土防滲墻方案。

4 低彈模混凝土防滲墻試驗研究

在混凝土防滲墻的發展過程中，普通混凝土由于強度較低、彈模較大，不能和基礎的變形相協調，在承受荷載時容易由于應力集中而產生破壞，因此，降低混凝土的彈性模量成為解決該問題的關鍵。為了避免混凝土防滲墻被破壞，必須改進防滲墻混凝土材料的性能，研制適應不同工程條件的高強度低彈模的新型混凝土防滲墻材料極為必要。在新型混凝土防滲墻材料應用的過程中，由于工程的實際情況不同，對于混凝土材料性能的具體要求也不完全相同。

4.1 低彈模混凝土防滲墻物理力學指標

防滲墻墻體采用二級配摻膨潤土，以降低混凝土的強度和彈性模量，但摻量不能大于30%，同時可大量摻入粉煤灰和適量引氣劑與減水劑，一般壓頂頭墻混凝土強度設計等級為C20，低彈模混凝土防滲墻的主要設計參數為：28天齡期試塊的抗壓強度fcc≥5MPa,抗拉強度fcc≥0.5MPa,抗壓彈性模量E=3000～5000MPa,極限水力坡降不小于400，墻身滲透系數k≤1×10-7cm/s，拌和物性能擴散度為340～400mm。

4.2 試配原材料情況

4.2.1 水泥

水泥為復合硅酸鹽32.5R水泥，水泥物理性能檢測結果符合《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)對復合硅酸鹽32.5R水泥的標準要求。

4.2.2 膨潤土

膨潤土粉為優質納基膨潤土粉(II)，其含水率為13.1%，液限400.5%，塑限116.7，塑性指數283.8，黏粒含量為93.7%，達到優質要求。

4.2.3 骨料

低彈模混凝土試配用骨料為河砂及碎石。河砂性能指標檢測結果和碎石性能指標檢測結果均符合《水工混凝土施工規范》(DL/T 5144—2001)中混凝土用細、粗骨料技術指標要求。

4.2.4 外加劑

試配外加劑為YS型聚羧酸緩凝高效減水劑。該外加劑性能指標所檢測結果符合《聚羧酸系高性能減水劑》(JG/T 223—2007)中緩凝型合格品的技術指標要求。

4.3 低彈模混凝土試配試驗結果

根據低彈模型混凝土的設計指標和《水利水電工程混凝土防滲墻施工規范》(DL/T 5199—2004)的有關要求，該配合比28d室內試配強度按不小于7.6MPa設計(設計28d混凝土實際強度標準值取5MPa，施工混凝土強度保證率取80%，因水下澆筑對混凝土實際強度的不利影響，提高室內試配強度15%)，同時根據混凝土的原材料情況，室內擬定試配的低彈模混凝土28d試驗結果見表2。

表2 低彈模型混凝土試配情況及性能指標試驗結果

根據試配試驗結果，HP0936-2、HP0936-3配合比的各項指標均符合設計要求。

5 防滲墻質量評價

施工單位根據試驗結果采用混凝土配合比HP0936-2方案進行施工。2009年10月5日，對防滲墻1號、2號、8號、12號槽段共6個孔進行超聲波檢測，進行墻體均質性和密實性檢測，檢測結論為：被檢測段混凝土均質性、密實性較好；1～2號槽段間、10～12號槽段間無明顯泥夾層；1號槽段孔1底部附近巖面較破碎，孔2和孔3混凝土與巖面結合情況較好，符合設計要求。業主單位同時采用物探的方法在壩體心墻及山體的接觸部位采用高密度電阻率法和多道瞬態面波相結合的勘探方法，查明其滲漏和淘空情況，結果表明壩體心墻及山體的接觸部位滲漏情況明顯改善，達到施工質量要求。

防滲墻混凝土芯樣檢測結果：2號、10號槽段芯樣抗壓強度平均值分別為12.8MPa、12.6 MPa，抗拉強度平均值分別為1.11MPa、1.09MPa，抗滲等級均小于0.196×10-7cm/s，水力坡降均大于150，滿足設計要求。2號槽段105天芯樣彈性模量為6410MPa，10號槽段75天芯樣彈性模量為6350MPa。

根據取芯及超聲波檢測和物探的結果表明，防滲墻采用低彈模混凝土能夠達到設計的要求。

6 結 語

中小型水庫除險加固工程防滲墻采用薄型液壓抓斗成槽機械進行施工，防滲墻采用低彈模混凝土，該處理方法在安溪村內水庫得到了很好的應用，具有施工快、耐久性好、防滲效果好的特點， 經濟效果明顯，工程質量良好。該工程經除險加固處理后，加固效果明顯，混凝土彈性模數較低，強度有較大增加，達到了設計要求。經過一年觀測該工程，完全達到施工規范要求，施工質量穩定，整體工程質量較好，取得了明顯的社會效益和經濟效益。薄型液壓抓斗成槽的低彈模混凝土防滲墻施工對中小型水庫除險加固工程類似工程具有一定的指導意義。

[1] 福建省安溪縣村內水庫除險加固工程初步設計報告[R].

[2] 安溪縣村內水庫除險加固工程地球物理勘探報告[R].

[3] 安溪縣村內水庫除險加固工程大壩防滲墻低彈模混凝土試驗報告[R].

Application of Low Elastic Modulus Concrete Cutoff Wall Technology in Risk Removal and Reinforcement Project for Cunnei Reservoir

SU Bing-huang

(AnxiCountyWaterConservancyBureau,Anxi362400,China)

Seepage cause of Cunnei Reservoir is analyzed in the paper, and risk removal reinforcement and construction methods are proposed. Thin hydraulic grab slotting machine is adopted as construction machinery. Cutoff wall is made of low elastic modulus concrete. The method is characterized by rapid construction, excellent durability and excellent anti-seepage effect. It has certain guidance significance on risk removal reinforcement cutoff wall construction in medium and small reservoirs.

low elastic modulus concrete cutoff wall; risk removal reinforcement; Cunnei Reservoir

TV62+1

A

1005-4774(2014)07-0047-04